Prof. Juan Avila

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1 Prof. Juan Avila

2 Que é a mecânica dos fluidos? É um ramo da mecânica que estuda o comportamento dos líquidos e gases tanto em repouso quanto em movimento. Existem muitos problemas de engenharia que envolvem escoamentos de fluidos e o primeiro a ser feito na solução desses problemas é compreender o comportamento dinâmico do fluido. Se conhecemos a dinâmica do fluido, então, nós poderemos quantificar o efeito do fluido sobre o corpo em contato com o fluido. Aplicações que envolvem escoamentos de fluidos: respiração, circulação sanguínea, natação, bombas, ventiladores, turbinas, aviões, navios, dutos, misseis, motores, etc.

3 Os engenheiros aeronáuticos usam conceitos da mecânica dos fluidos para: projetar perfis aerodinâmicos de asas de aviões Injeção de fumaça em túnel de vento para visualização do escoamento em torno de um aerofólio As condições experimentais são calculadas para obter semelhança de escoamentos. O arrasto e a sustentação são medidos.

4 Os engenheiros aeronáuticos usam conceitos da mecânica dos fluidos para: prever a forças de arrasto e sustentação atuantes na aeronave real a partir de ensaios com modelo reduzido em túnel de vento.

5 Objetivo 1. Capacitar ao aluno para usar conceitos da mecânica dos fluidos na solução de escoamentos práticos e relativamente simples de engenharia. Barragem de uma represa Cálculo de condições experimentais. Arrasto e sustentação serão dados. Prever forças na aeronave.

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7 Bibliografia Livro texto: Munson, B.; Young, D.; Okiishi, T. Fundamentos da Mecânica dos Fluidos, Quarta edição, Editora Edgard Blucher, 2004, São Paulo. ou Fox, R. W., Introdução à Mecânica dos Fluidos, Sétima edição, 2010, São Paulo.

8 Avaliação Provas: P1 e P2 Nota Final: média aritmética das provas Prova Substitutiva/Recuperação Os alunos reprovarão a matéria com conceito F se obtiverem na média das provas uma nota menor que 5.

9 Sólidos e Fluidos Ao aplicar uma tensão de cisalhamento a um bloco sólido, quando este atinge o estado de equilíbrio, sua deformação é caracterizada pelo ângulo α. Ao aplicar uma tensão de cisalhamento a um fluido o ângulo α varia e o fluido se deforma continuamente enquanto existe. Plásticos se comportam como um sólido ou como um fluido dependendo do valor de.

10 Escoamentos incompressíveis e compressíveis Escoamentos incompressíveis O volume de uma partícula de fluido não muda durante seu movimento. O escoamento de ar ao redor de uma aeronave com baixa velocidade (< 100 m/s) é incompressível. Um modelo reduzido de uma aeronave de baixa velocidade também pode ser ensaiado em um canal de água.

11 O fluido como um meio contínuo Assume-se que em escoamentos de fluidos existe uma distribuição contínua de matéria. Todas as propriedades do fluido tais como velocidade, temperatura, pressão, densidade, etc. variam continuamente através da região de interesse. As propriedades dos fluidos podem ser modeladas por funções matemáticas contínuas e diferenciáveis, assim o cálculo diferencial é usado.

12 Lei de viscosidade de Newton du dy µ : coeficiente de viscosidade dinâmica, N.s/m 2 A tensão de cisalhamento em uma interface é proporcional à taxa de variação da velocidade na direção normal à interface, no caso é maior na parede. Condição de não escorregamento na parede (somente distorção)

13 Viscosidade Podemo-nos mover facilmente através do ar, que tem uma viscosidade muito baixa. O movimento é mais difícil na água que tem uma viscosidade 50 vezes maior. A resistência é ainda maior no óleo SAE 30, que é 300 vezes mais viscoso do que a água. Os fluidos tem uma ampla gama de viscosidades. É uma medida da resistência do fluido ao escoamento. Ela determina a taxa de deformação de um fluido produzida pela aplicação de uma tensão de cisalhamento.

14 Tensão de cisalhamento vs. taxa de deformação para alguns fluidos

15 Viscosidade em função da temperatura

16 Aplicação da lei de viscosidade de Newton O escoamento de óleo lubrificante em um mancal de rolamento pode ser analisado pela lei de viscosidade de Newton para escoamentos paralelos du R 0 dy e

17 Exemplo: